第4节 电动机
1.了解通电导线在磁场中会受到力的作用；了解直流电动机的构造和工作原理及其能量转化。 2．(难点)通过实验认识通电导线在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关。 3．通过了解物理知识如何转化为实际技术应用，激发思维，提升物理学习的兴趣。
1．磁场对通电导线的作用
通电导线在磁场中要受到力的作用，力的方向跟磁场的方向、电流的方向都有关系，当电流的方向或者磁场的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反，如果电流的方向和磁场的方向都变得相反，通电导线受力的方向不变(选填“改变”或“不变”)。
2．电动机
(1)基本构造：电动机主要由线圈和磁体两部分组成，能够转动的部分叫作转子，固定不动的部分叫作定子。
(2)原理：通电线圈在磁场中受力而转动。为了使电动机能持续转动，电动机上用到换向器，当线圈刚转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中电流的方向，从而改变线圈受力方向，使线圈连续转动。
(3)电动机是把电能转化成机械能的机器。
重难突破
1．探究通电导体棒在磁场中的运动
【实验装置】
【实验探究】
(1)如图所示，把导体棒放在磁场里，接通电源，让电流通过导体棒，观察并记录现象。
(2)在实验(1)中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察并记录现象。
(3)保持磁体N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过导体棒的电流方向与原来相反，接通电源，观察并记录现象。
(4)保持导体棒中的电流方向与实验(1)中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察并记录现象。
(5)在实验(1)中，同时改变导体棒中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察并记录现象。
【归纳总结】
(1)通电导线在磁场中会受到力的作用。
(2)力的方向和电流方向、磁场方向有关。
【典例1】如图所示，在“探究磁场对通电导体棒的作用”的实验中，聪聪把一根轻质的铝棒EF置于U形磁体的磁场中。
(1)接通电源，通过观察________来判断磁场对通电导体棒有力的作用。
(2)若只将磁体的两极对调，接通电源，观察到铝棒EF会向相反方向运动，说明力的方向与________有关。
(3)聪聪想探究“通电直导线在磁场中受力大小是否与电流大小有关”，请你帮助他写出具体的操作：_______________________________________________
_________________________________________________________________。
解析 (1)如题图，当闭合开关接通电源后，我们能够观察到轻质的铝棒EF从原来的静止变为摆动，根据这个现象就可以判断磁场对通电导体棒有力的作用。
(2)实验中只将磁体的两极对调，改变磁场的方向，接通电源后，能够观察到铝棒EF会向相反方向摆动，这说明导体棒受力的方向与磁场方向有关。
(3)聪聪想探究“通电导体棒在磁场中受力大小是否与电流大小有关”，只需要调节滑动变阻器的滑片，改变电路中电流大小，观察铝棒EF摆动幅度大小即可。
答案 (1)铝棒EF摆动 (2)磁场方向 (3)调节滑动变阻器的滑片，改变电路中电流大小，观察铝棒EF摆动幅度大小
2．通电线圈在磁场中转动
装置图
线圈 受力 ab边受向上的力，cd边受向下的力，二力不在同一直线上 ab边受向上的力，cd边受向下的力，二力是平衡力，此时所处位置称为平衡位置 ab边受向上的力，cd边受向下的力，二力不在同一直线上
线圈转动 使线圈沿顺时针方向转动 靠惯性沿顺时针方向转动 使线圈沿逆时针方向转动
结论 线圈不能连续转动下去
3.电动机的工作原理示意图
【典例2】如图所示是直流电动机两个不同时刻的工作原理图，以下是明明和聪聪所在科技小组的同学对直流电动机工作原理的分析，其中正确的是( )
甲 乙
A.ab 边在这两个时刻电流方向不同，受到磁场力的方向也不同
B.ab、cd边在这两个时刻所受到的力使线圈转动的方向不同
C.cd边在这两个时刻所受到力的方向都是相同的
D.ab边和cd边所受到的力是一对平衡力
解析 从题图甲到题图乙，换向器改变了ab、cd边中电流的方向，而磁场方向没有发生改变，故ab、cd边受到磁场力的方向与原来不相同，但产生的效果能使线圈持续地转动下去，则ab和cd边所受的力不是一对平衡力。
答案 A
随堂练习
知识点一 磁场对通电导线的作用
1．(2024·广东)将自制的电动机接入电路，如图所示，其中支架A是________(选填“导体”或“绝缘体”)。闭合开关，线圈开始转动，磁场对线圈________(选填“有”或“无”)作用力。仅调换磁体的磁极，线圈转动方向与原转动方向________。
【答案】导体 有 相反
2．(2024·江西)在大力倡导节能环保、践行低碳生活的新时代，新能源汽车越来越普及。其中新能源电动汽车中的电动机利用通电线圈在________中受力转动，把________能转化为机械能，从而驱动汽车行驶。
【答案】磁场 电
3．如图所示，当闭合开关，导轨上的铜棒就会向右运动起来，为了让铜棒向左运动，你的操作是___________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
【答案】将电源的正、负极对调或将磁体的磁极对调
知识点二 电动机
4．下图是小明制作的简单电动机模型，其线圈由漆包线绕成，以线圈引线为轴，将轴的一端的漆全部刮掉，另一端只刮掉半周，在线圈的下面放置了一块磁体。将其接入电路中，闭合开关后，线圈转动起来了。下列关于此电动机模型的说法正确的是( D )
A.利用电流的磁效应工作
B.将机械能转化为电能
C.线圈在转动时，始终受到磁场作用力
D.改变线圈中电流方向可改变转动方向
【解析】此实验利用通电线圈在磁场中受到力的作用，故A错误；电动机消耗电能而转动起来，是将电能转化为机械能，故B错误；由于线圈中有一端的漆只刮掉半周，会出现电路中无电流的状态，当线圈转到该位置处，由于线圈中无电流，所以不会受到磁场力的作用，故C错误；因为电动机线圈转动的方向与磁场方向和电流方向有关，因此要改变电动机的转动方向有两种方法：①可保持磁场方向不变，改变电流方向；②可保持电流方向不变，改变磁场方向，故D正确。故选D。
5．如图为直流电动机的基本构造示意图。以下相关的分析中正确的是( C )
A.电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能
B.电动机是利用电流磁效应的原理工作的
C.仅改变磁感线的方向可以改变线圈转动的方向
D.使线圈连续不停地转动下去是靠电磁继电器来实现的
基础巩固
1．下列家用电器与新能源电动汽车动力装置的工作原理相同的是( D )
A.电视机 B．手电筒
C.电饭锅 D．电风扇
2．如图所示是探究“让通电导体在磁场中动起来”的实验装置。下列说法不正确的是( D )
A.利用图中实验原理可以制作电动机
B.通电导体在磁场中运动时，电能转化为机械能
C.与导体接触的金属导轨越平滑，实验现象越明显
D.同时改变磁场方向及电源正、负极，导体的运动方向也会改变
3．下列有关图甲、乙、丙、丁的说法错误的是( C )
A.如图甲实验可探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数是否有关
B.如图乙实验说明通电导体在磁场中受到力的作用
C.如图丙实验是由物理学家安培发现的
D.如图丁实验说明同名磁极相互排斥
4．(2024·山东威海)我国航空母舰福建舰配备的电磁弹射装置通电后能够将飞机弹出，其电磁学原理是_____________________________________________。
【答案】通电导体在磁场中受力而运动
能力达标
5．电磁弹射技术的优势之一是电磁弹射的弹射力度可以根据舰载机的类型不同进行调节，无论是轻型还是重型飞机，都能找到合适的弹射力度。如果你是电磁弹射器的设计师，请写出一种可以改变弹射器的弹射力度的方法：_____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
【答案】可以通过改变电流的大小来改变力度(答案合理即可)
【解析】电磁弹射的原理是通电导体在磁场中受力的作用，力的大小与磁场的强弱、电流大小有关，可以通过改变电流大小或磁场强弱来改变弹射器的弹射力度。
6．如图为某电动机的原理简图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，OO′为转轴，电源电压恒定。闭合开关后，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，则
(1)螺线管的F端为________极，FP间的磁场对________有力的作用，在铜半环和电刷的配合下，电动机能持续转动下去，该过程是电能转化为________能。
(2)若将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈________时针转动。
(3)若只将滑动变阻器的滑片向右移动，能观察到的现象是________________。
【答案】(1)S 通电线圈 机械
(2)顺
(3)线圈转速加快
【解析】(1)由题图知，电流从螺线管的左端流入、右端流出，根据安培定则，通电螺线管EF的E端为N极、F端为S极。FP间的磁场对通电线圈有力的作用，电动机能持续转动下去，该过程是电能转化为机械能。
(2)若只将电源的正、负极对调，则电流的方向发生改变，两个螺线管的磁极的方向也发生了改变，即线圈所处磁场方向改变，则受到的磁场力的方向不改变，线圈转动方向会与原来的转动方向相同，即顺时针转动。
(3)将滑动变阻器的滑片向右移动，电阻变小，电流变大，通电线圈在磁场中受到力的作用变大，能观察到的现象是线圈转速加快。
7．小刚将“220 V 100 W”的灯泡接在家庭电路上，闭合开关，用一蹄形磁铁去靠近灯泡的玻璃泡，如图所示，他发现发光的灯丝来回振动，这一现象的产生原因跟________的工作原理一致，灯丝来回振动而不是偏向一侧的原因和________________一直在改变有关。
【答案】电动机 电流方向
【解析】闭合开关，灯泡发光，说明有电流通过灯丝，当用一蹄形磁铁去靠近发光的灯泡的玻璃泡时，灯丝来回振动，则说明了磁场对通电导体有力的作用，电动机是利用这一原理制成的；由于照明电路中使用的是交流电，通过小灯泡的电流方向在不断发生变化，故小灯泡的灯丝在磁场中受力是变化的，所以，小灯泡的灯丝来回振动。
8．为了探究电动机为什么会转动，明明根据电动机的主要构造制作了一台简易电动机(如图)。他用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连。用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去半周漆皮，将线圈放在支架上，磁体放在线圈下方。闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。
(1)绕制线圈的铜丝外表有漆皮，必须对线圈引出线的两端(搁置于金属弯钩的部位)进行刮漆处理，按明明这种方法刮漆，目的是使线圈能够__________，因此这一部位相当于直流电动机的________(填某一部件的名称)。
(2)如果制作没有问题，但接上电源后线圈不动，这时应做哪些尝试？(写出两点即可)
①______________________________________________________________。
②_______________________________________________________________。
(3)要想改变线圈的转动方向，明明可采取的措施是____________或____________。
(4)明明想设计一个能调节电动机转速的实验装置，他还需要的主要器材是________，请在下面虚线框内画出电路图(电动机用符号“”表示)。
【答案】(1)持续转动 换向器
(2)①拨动线圈 ②检查电路连接是否良好
(3)只改变电流方向 只改变磁场方向
(4)滑动变阻器 如图所示 第4节 电动机
1.了解通电导线在磁场中会受到力的作用；了解直流电动机的构造和工作原理及其能量转化。 2．(难点)通过实验认识通电导线在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关。 3．通过了解物理知识如何转化为实际技术应用，激发思维，提升物理学习的兴趣。
1．磁场对通电导线的作用
通电导线在磁场中要受到 的作用，力的方向跟 的方向、 的方向都有关系，当电流的方向或者磁场的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得 ，如果电流的方向和磁场的方向都变得相反，通电导线受力的方向 (选填“改变”或“不变”)。
2．电动机
(1)基本构造：电动机主要由 和 两部分组成，能够转动的部分叫作转子，固定不动的部分叫作定子。
(2)原理：通电线圈在磁场中受 而转动。为了使电动机能持续转动，电动机上用到换向器，当线圈刚转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中 的方向，从而改变线圈受力方向，使线圈连续转动。
(3)电动机是把 能转化成 能的机器。
重难突破
1．探究通电导体棒在磁场中的运动
【实验装置】
【实验探究】
(1)如图所示，把导体棒放在磁场里，接通电源，让电流通过导体棒，观察并记录现象。
(2)在实验(1)中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察并记录现象。
(3)保持磁体N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过导体棒的电流方向与原来相反，接通电源，观察并记录现象。
(4)保持导体棒中的电流方向与实验(1)中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察并记录现象。
(5)在实验(1)中，同时改变导体棒中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察并记录现象。
【归纳总结】
(1)通电导线在磁场中会受到力的作用。
(2)力的方向和电流方向、磁场方向有关。
【典例1】如图所示，在“探究磁场对通电导体棒的作用”的实验中，聪聪把一根轻质的铝棒EF置于U形磁体的磁场中。
(1)接通电源，通过观察________来判断磁场对通电导体棒有力的作用。
(2)若只将磁体的两极对调，接通电源，观察到铝棒EF会向相反方向运动，说明力的方向与________有关。
(3)聪聪想探究“通电直导线在磁场中受力大小是否与电流大小有关”，请你帮助他写出具体的操作：_______________________________________________
_________________________________________________________________。
2．通电线圈在磁场中转动
装置图
线圈 受力 ab边受向上的力，cd边受向下的力，二力不在同一直线上 ab边受向上的力，cd边受向下的力，二力是平衡力，此时所处位置称为平衡位置 ab边受向上的力，cd边受向下的力，二力不在同一直线上
线圈转动 使线圈沿顺时针方向转动 靠惯性沿顺时针方向转动 使线圈沿逆时针方向转动
结论 线圈不能连续转动下去
3.电动机的工作原理示意图
【典例2】如图所示是直流电动机两个不同时刻的工作原理图，以下是明明和聪聪所在科技小组的同学对直流电动机工作原理的分析，其中正确的是( )
甲 乙
A.ab 边在这两个时刻电流方向不同，受到磁场力的方向也不同
B.ab、cd边在这两个时刻所受到的力使线圈转动的方向不同
C.cd边在这两个时刻所受到力的方向都是相同的
D.ab边和cd边所受到的力是一对平衡力
1．(2024·广东)将自制的电动机接入电路，如图所示，其中支架A是________(选填“导体”或“绝缘体”)。闭合开关，线圈开始转动，磁场对线圈________(选填“有”或“无”)作用力。仅调换磁体的磁极，线圈转动方向与原转动方向________。
2．(2024·江西)在大力倡导节能环保、践行低碳生活的新时代，新能源汽车越来越普及。其中新能源电动汽车中的电动机利用通电线圈在________中受力转动，把________能转化为机械能，从而驱动汽车行驶。
3．如图所示，当闭合开关，导轨上的铜棒就会向右运动起来，为了让铜棒向左运动，你的操作是___________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
4．下图是小明制作的简单电动机模型，其线圈由漆包线绕成，以线圈引线为轴，将轴的一端的漆全部刮掉，另一端只刮掉半周，在线圈的下面放置了一块磁体。将其接入电路中，闭合开关后，线圈转动起来了。下列关于此电动机模型的说法正确的是( )
A.利用电流的磁效应工作
B.将机械能转化为电能
C.线圈在转动时，始终受到磁场作用力
D.改变线圈中电流方向可改变转动方向
5．如图为直流电动机的基本构造示意图。以下相关的分析中正确的是( )
A.电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能
B.电动机是利用电流磁效应的原理工作的
C.仅改变磁感线的方向可以改变线圈转动的方向
D.使线圈连续不停地转动下去是靠电磁继电器来实现的
基础巩固
1．下列家用电器与新能源电动汽车动力装置的工作原理相同的是( )
A.电视机 B．手电筒
C.电饭锅 D．电风扇
2．如图所示是探究“让通电导体在磁场中动起来”的实验装置。下列说法不正确的是( )
A.利用图中实验原理可以制作电动机
B.通电导体在磁场中运动时，电能转化为机械能
C.与导体接触的金属导轨越平滑，实验现象越明显
D.同时改变磁场方向及电源正、负极，导体的运动方向也会改变
3．下列有关图甲、乙、丙、丁的说法错误的是( )
A.如图甲实验可探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数是否有关
B.如图乙实验说明通电导体在磁场中受到力的作用
C.如图丙实验是由物理学家安培发现的
D.如图丁实验说明同名磁极相互排斥
4．(2024·山东威海)我国航空母舰福建舰配备的电磁弹射装置通电后能够将飞机弹出，其电磁学原理是_____________________________________________。
5．电磁弹射技术的优势之一是电磁弹射的弹射力度可以根据舰载机的类型不同进行调节，无论是轻型还是重型飞机，都能找到合适的弹射力度。如果你是电磁弹射器的设计师，请写出一种可以改变弹射器的弹射力度的方法：_____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
6．如图为某电动机的原理简图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，OO′为转轴，电源电压恒定。闭合开关后，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，则
(1)螺线管的F端为________极，FP间的磁场对________有力的作用，在铜半环和电刷的配合下，电动机能持续转动下去，该过程是电能转化为________能。
(2)若将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈________时针转动。
(3)若只将滑动变阻器的滑片向右移动，能观察到的现象是________________。
7．小刚将“220 V 100 W”的灯泡接在家庭电路上，闭合开关，用一蹄形磁铁去靠近灯泡的玻璃泡，如图所示，他发现发光的灯丝来回振动，这一现象的产生原因跟________的工作原理一致，灯丝来回振动而不是偏向一侧的原因和________________一直在改变有关。
8．为了探究电动机为什么会转动，明明根据电动机的主要构造制作了一台简易电动机(如图)。他用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连。用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去半周漆皮，将线圈放在支架上，磁体放在线圈下方。闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。
(1)绕制线圈的铜丝外表有漆皮，必须对线圈引出线的两端(搁置于金属弯钩的部位)进行刮漆处理，按明明这种方法刮漆，目的是使线圈能够__________，因此这一部位相当于直流电动机的________(填某一部件的名称)。
(2)如果制作没有问题，但接上电源后线圈不动，这时应做哪些尝试？(写出两点即可)
①______________________________________________________________。
②_______________________________________________________________。
(3)要想改变线圈的转动方向，明明可采取的措施是____________或____________。
(4)明明想设计一个能调节电动机转速的实验装置，他还需要的主要器材是________，请在下面虚线框内画出电路图(电动机用符号“”表示)。
